Envejecimiento acelerado

El envejecimiento acelerado es una prueba que utiliza condiciones agravadas de calor, humedad, oxígeno, luz solar, vibración, etc. para acelerar los procesos normales de envejecimiento de los artículos. Se utiliza para ayudar a determinar los efectos a largo plazo de los niveles esperados de estrés en un tiempo más corto, generalmente en un laboratorio mediante métodos de prueba estándar controlados . Se utiliza para estimar la vida útil de un producto o su vida útil cuando no se dispone de datos de vida útil real. Esto ocurre con productos que no han existido el tiempo suficiente como para haber completado su vida útil: por ejemplo, un nuevo tipo de motor de automóvil o un nuevo polímero para juntas de repuesto.

La prueba física o prueba química se lleva a cabo sometiendo el producto a

• niveles representativos de estrés durante largos períodos de tiempo,
• niveles inusualmente altos de estrés utilizados para acelerar los efectos del envejecimiento natural, o
• niveles de estrés que fuerzan intencionalmente el fracaso (para un análisis más detallado).

Las piezas mecánicas se procesan a velocidades muy altas, muy superiores a las que recibirían en condiciones normales de uso. Los polímeros suelen mantenerse a temperaturas elevadas para acelerar la descomposición química. A menudo se utilizan cámaras ambientales .

Además, el dispositivo o material bajo prueba puede estar expuesto a cambios rápidos (pero controlados) de temperatura, humedad, presión, tensión, etc. Por ejemplo, los ciclos de calor y frío pueden simular el efecto del día y la noche durante algunas horas o minutos.

El envejecimiento acelerado también se utiliza en la ciencia de la conservación de archivos y bibliotecas. En este contexto, un material, normalmente papel, se somete a condiciones extremas con el fin de acelerar el proceso de envejecimiento natural. Por lo general, las condiciones extremas consisten en temperaturas elevadas, pero también existen pruebas que utilizan contaminantes concentrados o luz intensa. ^[1] Estas pruebas se pueden utilizar para varios fines.

• Predecir los efectos a largo plazo de determinados tratamientos de conservación. En este tipo de pruebas, se someten papeles tratados y no tratados a un único conjunto de condiciones fijas y estandarizadas. A continuación, se comparan ambos con el fin de determinar si el tratamiento tiene un efecto positivo o negativo en la vida útil del papel. ^[1]
• Estudiar los procesos básicos de descomposición del papel. En este tipo de pruebas, el objetivo no es predecir un resultado particular para un tipo específico de papel, sino más bien comprender mejor los mecanismos químicos de descomposición. ^[1]
• Para predecir la vida útil de un tipo particular de papel. En una prueba de este tipo, las muestras de papel generalmente se someten a varias temperaturas elevadas y a un nivel constante de humedad relativa equivalente a la humedad relativa en la que se almacenarían. Luego, el investigador mide una cualidad relevante de las muestras, como la resistencia al plegado, a cada temperatura. Esto le permite al investigador determinar cuántos días a cada temperatura se necesitan para alcanzar un nivel particular de degradación. A partir de los datos recopilados, el investigador extrapola la velocidad a la que las muestras podrían descomponerse a temperaturas más bajas, como aquellas a las que se almacenaría el papel en condiciones normales. En teoría, esto le permite al investigador predecir la vida útil del papel. Esta prueba se basa en la ecuación de Arrhenius . Sin embargo, este tipo de prueba es objeto de frecuentes críticas. ^[1]

No existe un único conjunto recomendado de condiciones en las que se deben realizar estas pruebas. De hecho, se han utilizado temperaturas de entre 22 y 160 grados Celsius, humedades relativas de entre el 1 % y el 100 % y duraciones de prueba de entre una hora y 180 días. ^[1] La norma ISO 5630-3 recomienda un envejecimiento acelerado a 80 grados Celsius y una humedad relativa del 65 % ^[2] cuando se utiliza un conjunto fijo de condiciones.

Además de las variaciones en las condiciones a las que se someten los papeles, también hay múltiples formas de realizar la prueba. Por ejemplo, en lugar de simplemente colocar hojas sueltas en una cámara con clima controlado, la Biblioteca del Congreso recomienda sellar las muestras en un tubo de vidrio hermético y envejecer los papeles en pilas, lo que se asemeja más a la forma en que es probable que envejezcan en circunstancias normales, en lugar de en hojas sueltas. ^[3]

La técnica de acelerar artificialmente el deterioro del papel mediante el calor se conocía en 1899, cuando fue descrita por W. Herzberg. ^[1] El envejecimiento acelerado se perfeccionó aún más durante la década de 1920, con pruebas que utilizaban luz solar y temperaturas elevadas para clasificar la permanencia de varios papeles en los Estados Unidos y Suecia. En 1929, RH Rasch estableció un método de uso frecuente en el que 72 horas a 100 grados Celsius se consideran equivalentes a 18-25 años de envejecimiento natural. ^[1]

En la década de 1950, los investigadores comenzaron a cuestionar la validez de las pruebas de envejecimiento acelerado que se basaban en calor seco y una única temperatura, señalando que la humedad relativa afecta a los procesos químicos que producen la degradación del papel y que las reacciones que provocan la degradación tienen diferentes energías de activación . Esto llevó a investigadores como Baer y Lindström a defender las técnicas de envejecimiento acelerado utilizando la ecuación de Arrhenius y una humedad relativa realista. ^[1]

Las técnicas de envejecimiento acelerado, en particular las que utilizan la ecuación de Arrhenius, han sido criticadas con frecuencia en las últimas décadas. Mientras que algunos investigadores afirman que la ecuación de Arrhenius se puede utilizar para predecir cuantitativamente la vida útil de los papeles probados, ^[4] otros investigadores no están de acuerdo. Muchos sostienen que este método no puede predecir una vida útil exacta para los papeles probados, pero que se puede utilizar para clasificar los papeles por permanencia. ^{[5] [6]} Algunos investigadores afirman que incluso estas clasificaciones pueden ser engañosas y que este tipo de pruebas de envejecimiento acelerado solo se pueden utilizar para determinar si un tratamiento particular o la calidad del papel tiene un efecto positivo o negativo en la permanencia del papel. ^[7]

Existen varias razones para este escepticismo. Un argumento es que a temperaturas más altas se producen procesos químicos completamente diferentes que a temperaturas más bajas, lo que significa que el proceso de envejecimiento acelerado y el proceso de envejecimiento natural no son paralelos. ^{[1] [7] [8]} Otro argumento es que el papel es un "sistema complejo" ^[5] y la ecuación de Arrhenius solo es aplicable a reacciones elementales. Otros investigadores critican las formas en que se mide el deterioro durante estos experimentos. Algunos señalan que no existe un punto estándar en el que un papel se considere inutilizable para fines de biblioteca y archivo. ^[8] Otros afirman que no se ha demostrado de manera convincente el grado de correlación entre las propiedades mecánicas macroscópicas del papel y el deterioro químico molecular. ^{[5] [9]} Se han documentado reservas sobre la utilidad de este método en la industria automotriz como método para evaluar el rendimiento frente a la corrosión ^{[10] [11]}

En un esfuerzo por mejorar la calidad de las pruebas de envejecimiento acelerado, algunos investigadores han comenzado a comparar materiales que han sufrido un envejecimiento acelerado con materiales que han sufrido un envejecimiento natural. ^[12] La Biblioteca del Congreso, por ejemplo, comenzó un experimento a largo plazo en 2000 para comparar materiales envejecidos artificialmente con materiales que se dejaron sufrir un envejecimiento natural durante cien años. ^[13]

• Ecuación de Arrhenius
• Detección del estrés ambiental
• Cámara ambiental
• Prueba de vida altamente acelerada
• Obsolescencia programada

• Revista de plásticos y biomateriales médicos